合肥新桥国际机场航站楼转换节点受力性能试验研究

为研究合肥新桥国际机场航站楼屋盖大跨度刚架转换节点的受力性能,对2个转换节点模型进行了静力加载试验研究。试验测定了转换节点模型的荷载-位移曲线、面外位移,以及各关键位置的应变,得到了转换节点的破坏模式,并建立了有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行了对比和分析。研究结果表明：在设计荷载作用下试件处于弹性状态,证明了设计的合理性和安全性;在极限荷载作用下,试件ZHJD-1为焊缝断裂的脆性破坏,试件ZHJD-2为钢管的压屈破坏;试验结果与有限元结果吻合较好,初始缺陷对转换节点的受力性能影响不敏感。     

板锥柱面网壳结构的试验研究与有限元分析

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程,了解结构的受力性能和整体刚度,对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计,确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验,并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大,在正常荷载模式下,结构的变形很小,最大竖向位移与跨度的比值为1/3787,弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递;在破坏荷载模式下,锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲,之后焊点破坏,结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%,破坏模式基本一致,所用有限元分析方法可靠。     

双向荷载作用下方钢管混凝土柱-组合梁空间节点抗震性能试验研究

完成3个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点模型的抗震性能试验,重点研究不同加载路径下空间组合节点的受力特征、滞回性能和破坏机理,比较平面加载组合节点和空间加载组合节点的受力特征,分析双向加载作用的耦合关系。结果表明,双向受力对钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力、变形、延性以及刚度、强度退化等性能有较大影响;与平面内加载的组合节点相比,双向加载条件下空间组合节点的承载力最多可降低20%,延性降低10%;由于双向荷载的相关作用,梁变形在总变形中所占的比例有所降低,而柱变形及节点域剪切变形所占的比例增大,在节点核心区受剪设计时应考虑双向受力的不利影响。     

空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点受力性能试验研究

对3个足尺空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点分别进行了轴力作用下的单调加载试验和往复加载试验,得到了节点的破坏模式,并对节点的受力性能包括静力弹性刚度、承载力、延性和滞回性能等进行分析。验证了该种空间隔板焊接节点的构造措施合理,节点的承载能力相对设计工况有两倍以上的安全储备,节点受力安全可靠。运用ABAQUS软件建立有限元分析模型,并与试验结果对比,验证了有限元模型的适用性,并对节点进行设计工况下的内力校核,参数分析结果表明,管径厚比、相贯角度、椭圆连接板厚度及平面外角度对空间隔板焊接节点性能影响较大,节点刚度和承载力随着支管径厚比和平面外角度的增大而降低,随着相贯角度和椭圆连接板厚度的增大而提高。综合试验和有限元分析结果,节点设计要确保支管设计内力不大于节点承载力,增大椭圆板厚度以及补焊椭圆板隐藏焊缝对节点的受力性能改善较好;当设计该类较小相贯角度（小于20°）的节点时,需按节点承载力进行设计,同时考虑轴向刚度对节点受力性能的影响。     

钢管混凝土柱巨型交叉节点受力性能研究

在一超高层结构工程中,外框架采用了焊接钢管混凝土边柱和夹角为12°的斜柱交叉形成高达6层且与6层楼面梁相接的巨型交叉节点,该节点构造复杂。节点边柱的轴向荷载不平衡在节点处产生剪力,同时,由于斜柱承受的轴向荷载巨大,该巨型节点受力复杂。为研究该节点的受力性能,对其进行了大比例模型加载试验。试验在最不利工况（1.2×重力荷载+1.3×设防地震作用）下： 1) 在设计荷载作用下节点试件整体仍然处于弹性工作状态; 2) 增大边柱不平衡力,对节点试件的平面内侧移有一定的影响,而对平面外变形基本没影响; 3) 对斜柱轴向荷载进行卸载,将节点由压剪转换至更不利的拉剪受力状态,节点未破坏; 4) 施加斜柱轴向荷载超过设计承载力的2倍,节点试件最终在斜柱两端出现局部鼓起而发生破坏,说明该交叉节点的设计符合我国规范“强节点弱构件”的设计原则。在整个加载过程中,节点区域并未产生剪切破坏面,钢管内部设置的纵向内隔板和加劲环板使得钢管与混凝土协同工作,节点构造合理。通过合理的简化,对该节点试件进行了三维非线性有限元分析,其荷载 变形曲线以及破坏模式与试验结果吻合良好。     

高温下铝合金板式节点平面外受弯承载力试验研究

为研究铝合金板式节点的高温承载性能,采用特制的异型高温试验炉,完成了3组共计9个铝合金板式节点的高温下平面外受弯承载力试验。试验中采用恒温加载方案,在杆件上施加横向荷载以对节点施加平面外弯矩。通过试验得到了铝合金板式节点在不同温度下的破坏模式、极限荷载和弯矩-转角曲线。试验结果表明:铝合金板式节点在高温下的破坏模式与常温下一致;对于薄板节点,其破坏模式为节点板块状拉剪破坏和受压局部屈曲破坏;对于厚板节点,其破坏模式为杆件弯扭失稳。基于试验结果,得到了铝合金板式节点高温下的极限荷载的折减系数,以及高温下的初始刚度折减系数。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了数值模拟,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性。研究结果表明,当节点板厚度较大时,节点域在300℃以下不会发生破坏。在300℃以下时,铝合金板式节点的块状拉剪破坏和中心区屈曲承载力折减系数可取铝合金材料名义屈服强度的高温折减系数;铝合金板式节点的初始刚度可偏安全取为常温初始刚度。     

往复荷载作用下钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点力学性能研究

建立了钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点在往复荷载作用下力学性能分析的有限元计算模型。利用平面与空间连接节点试验结果,对建立的数值模型进行验证。采用有限元模型分析不同空间双向加载方式对钢管混凝土叠合柱-钢梁空间连接节点力学性能的影响规律,研究该类组合节点在往复荷载作用下荷载(P)-位移(Δ)关系全过程受力机理与核心区剪力分配机制,并从承载力及刚度等方面对比平面与空间连接节点的性能。研究结果表明,不同加载方式对节点的承载力有明显影响。相比平面节点,钢管混凝土叠合柱-钢梁空间连接节点在双向往复荷载作用下正、负向承载力分别降低约14%和18%。     

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明：SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。     

考虑应变率效应钢筋混凝土梁柱节点受力性能有限元分析

受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同。基于试验结果,考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型,进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析。分析结果表明:采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的梁端荷载-位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合;快速加载下,受混凝土和钢筋率敏感性的影响,钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高;在屈服荷载之前,有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值。     

网壳结构中铸铝节点承载性能的非线性分析

简述了珠海市晶艺公司在上海市辰山植物园投标中铸铝节点的设计和构造,对该铸铝节点进行非线性有限元计算,分析了典型工况下铸铝节点的承载性能,给出了节点的应力及变形分布,并将该铸铝节点承载性能与完全刚性连接的节点进行比较。研究表明,该铸铝节点在典型荷载的作用下,具有足够的强度和刚度。有限元计算结果能够很好地预测铸铝节点的承载力,保证工程的安全性。     

斜撑对装配式钢框架梁柱拼接节点抗震性能影响研究

针对装配式钢框架带柱座梁柱拼接节点连接受力复杂、强度和刚度影响因素多等问题,应用非线性有限元软件ANSYS对带斜撑和无斜撑的两种节点进行数值模拟,研究斜撑对装配式钢框架梁柱节点的滞回性能、极限承载力、延性系数、破坏模式等抗震性能的影响。结果表明:斜撑的设置,可较大幅度地提高节点的刚度和承载力,对于螺栓型连接的梁柱节点,斜撑的设置使其承载力提高3倍多,焊接节点的承载力提高约50%,延性系数提高约70%;且有效地转移了塑性铰,使节点破坏位置位于斜撑之外的桁架梁上,起到保护节点的作用,符合"强节点,弱构件"的设计要求。同时反复荷载作用下的滞回曲线更加饱满,具有更好的抗震性能。     

空间足尺组合式连接节点受力性能研究

以某大型特高压用钢管格构式变电构架工程为背景,对空间足尺组合式连接节点进行空间静力加载试验和有限元分析,着重研究节点的应力应变及位移发展特征、破坏模式和极限承载性能。试验结果表明:设计荷载下,除主管与节点板连接处的端部由于应力集中而出现轻微局部屈服外,节点其他部位仍处于弹性阶段|加载至设计荷载的近190%时,主管受力较大端出现受压“鼓曲”,主管与节点板1（JDB1）的连接处严重“凹陷”,随即支管⑦的插板与JDB1连接处发生受压“失稳”,节点破坏。有限元模型的分析结果,在节点应变发展、荷载-位移曲线、破坏模式、极限承载力等方面均与试验结果吻合较好。该类型节点的构造基本合理,满足设计荷载要求。建立节点承载力的理论分析模型及计算公式,理论计算结果与试验结果、有限元分析结果吻合较好。     

地铁车站预制装配式结构注浆式#br# 单榫接头抗弯刚度试验研究

文章以地铁车站预制装配式结构的注浆式单榫接头为研究对象,通过开展多种工况接头关键受力方向1∶1原型加载试验,对各种工况下的接头M θ关系曲线进行拟合和微分得到抗弯刚度经验公式,分析不同轴力作用下、不同注浆范围、不同榫头长度等工况下的接头刚度和弯矩的关系曲线特征,揭示接头在不同的荷载作用下的变刚度特性,以及各类接头在不同受力条件下的刚度变化规律及影响因素,并初步提出注浆式单榫接头抗弯刚度通用计算公式,为同类接头的设计和研究提供参考。     

方钢管柱-H形钢梁拼接外套筒式中节点静力性能研究

钢结构节点形式存在传力路径不明确以及现场焊接施工影响节点质量等问题,为此,提出了一种拼接外套筒式节点,该节点采用高强螺栓快速安装,能加快施工进度且保证施工质量。通过对两个足尺中节点进行近似同步对称单调静力加载试验和有限元数值模拟,研究静载作用下试件的弯矩-转角关系、受力特征、破坏过程、极限承载能力以及节点域范围内应力分布,对比分析不同外套筒厚度对节点的极限承载能力和初始转动刚度的影响。结果表明：该类节点的受剪性能较好,静载作用下梁柱相对转角分别达到0.08rad和0.06rad以上,具有较好的转动能力和延性。同时,该类节点的受弯承载力和刚度主要受外套筒和柱壁的影响较大,外套筒的存在能够增强柱壁的刚度,进而提高柱截面的受弯承载能力。     

Numerical analyses of semi-rigid joints subjected to bending with and without axial force

Socket joint systems are typical semi-rigid joints used in space structures. This paper presents numerical analyses of semi-rigid joint systems in which the bolts are pretensioned. Eleven numerical models of socket joints are studied: three of them are subjected to bending and the others are subjected to proportional bending and axial compression. Moment–rotation relationships of the joints are obtained using models in which the material and geometric nonlinearity are taken into account. The load-carrying mechanism of socket joint system is investigated in detail through the numerical analysis. Through comparison of the finite element analysis (FEA) and corresponding test measurements, it is shown that the proposed FEA models can be used effectively to describe the mechanical performance of the semi-rigid joints in spatial structures, including the initial bending stiffness, ultimate bending moment, deformation and the failure mode.     

模块化装配式高层钢结构节点静力性能分析与试验研究

以模块化装配式高层钢结构中的一种关键节点为研究对象,考察其极限承载能力和抗弯刚度并对其静力性能进行有限元分析和试验研究。结果表明:该种节点转动刚度较大,节点的极限承载能力高,试验中破坏主要是由于桁架梁腹杆失稳,进而引起整个桁架梁的平面外失稳,而节点本身高强螺栓连接部分并未出现滑移。     

铝合金板式节点平面外受弯滞回性能试验研究

为研究节点板厚度、节点板材质、是否设置抗剪键以及加载模式对铝合金板式节点滞回性能的影响,完成了4组共计8个试件平面外受弯的拟静力试验,对其变形特征、破坏模式、承载能力、延性以及耗能能力等进行了分析。结果表明：板式节点在平面外往复弯矩作用下的受力过程可以分为5个阶段,即弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段、承载力退化阶段和破坏阶段;通过破坏后试件的形态特征可归纳出节点的两种破坏模式分别为杆件破坏和节点板块状拉剪破坏,且破坏模式与节点板厚度和杆件翼缘厚度密切相关;由于螺栓滑移的影响,节点的滞回曲线不够饱满;综合对比试件的骨架曲线、位移延性系数和能量耗散系数,节点板较厚的铝合金板式节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。     

Flexural-torsional buckling behavior of aluminum alloy beams

This paper presents an investigation on the flexural-torsional buckling behavior of aluminum alloy beams (AAB). First, based on the tests of 14 aluminum alloy beams under concentrated loads, the failure pattern, load-deformation curves, bearing capacity and flexural-torsional buckling factor are studied. It is found that all the beam specimens collapsed in the flexural-torsional buckling with excessive deformation pattern. Moreover, the span, loading location and slenderness ratio influence the flexural-torsional buckling capacity of beams significantly. Secondly, besides the experiments, a finite element method (FEM) analysis on the flexural-torsional buckling behavior of AAB is also conducted. The main parameters in the FEM analysis are initial imperfection, material property, cross-section and loading scheme. According to the analytical results, it is indicated that the FEM is reasonable to capture mechanical behavior of AAB. Finally, on the basis of the experimental and analytical results, theoretical formulae to estimate the flexural-torsional buckling capacity of AAB are proposed, which could improve the application of present codes for AAB.     

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明：在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面（试件JD1）时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面（试件JD2）时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。     

中国动漫博物馆复杂铸钢节点分析与研究

铸钢节点被用于中国动漫博物馆的钢网格筒结构体系和复杂节点连接。采用有限元分析和足尺试验相结合的方法分析铸钢节点的受力性能。有限元分析通过数值分析方法揭示了节点的应力分布规律。在1.3倍设计荷载作用下,足尺试验结果与有限元结果吻合良好。根据有限元分析和试验结果,优化节点设计。在设计荷载作用下铸钢节点处于弹性工作状态。节点极限承载力大于3倍设计荷载。